(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生するためのモータと、
前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、
前記モータ電流検出手段の異常が検出されていない場合に、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて設定される目標電流と、前記モータ電流検出手段により検出された電流とに基づいて、前記検出された電流が前記目標電流に追従するように前記モータの制御量である電圧指令値を演算する正常時制御量演算手段と、
前記モータ電流検出手段に異常が検出されている場合に、前記正常時制御量演算手段に代わって前記電圧指令値を演算する異常時制御量演算手段と、
前記正常時制御量演算手段あるいは前記異常時制御量演算手段により演算された電圧指令値にしたがって前記モータを駆動するモータ駆動手段と
を備え、
前記異常時制御量演算手段は、
前記モータの回転に応じた信号を出力する前記ステアリング機構に設けられたセンサの信号を入力し、前記入力した信号から前記モータの回転角速度を推定する回転角速度推定手段と、
前記回転角速度推定手段により推定された回転角速度と前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクとに基づいて前記電圧指令値を演算する回転角速度応答制御量演算手段と
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記回転角速度応答制御量演算手段は、
前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいて基本電圧を演算する基本電圧演算手段と、
前記基本電圧演算手段により演算された基本電圧を上限値で制限した値を前記電圧指令値として設定する電圧上限制限手段と、
前記回転角速度推定手段により推定された回転角速度に基づいて、回転角速度が大きくなるにしたがって前記上限値を高くして、前記電圧指令値の電圧上限制限を緩める上限値緩和手段と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
舵角を検出する舵角検出手段と、
前記舵角検出手段により検出された舵角が、舵角範囲の両端となる最大舵角に近い場合は最大舵角に近くない場合に比べて、前記上限値を低くするように調整する舵角応答上限値調整手段と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
車速を検出する車速検出手段と、
前記車速検出手段により検出された車速が、低車速域に入る場合は高車速域に入る場合に比べて、前記上限値を低くするように調整する車速応答上限値調整手段と
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記回転角速度推定手段は、前記モータの回転角度を表す信号を入力し、前記回転角度を時間で微分してローパスフィルタ処理することにより回転角速度を演算するものであり、
舵角を検出する舵角検出手段と、
前記舵角検出手段により検出された舵角が、舵角範囲の両端となる最大舵角に近い場合は最大舵角に近くない場合に比べて、前記ローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する舵角応答時定数調整手段と
を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記回転角速度推定手段は、前記モータの回転角度を表す信号を入力し、前記回転角度を時間で微分してローパスフィルタ処理することにより回転角速度を演算するものであり、
車速を検出する車速検出手段と、
前記車速検出手段により検出された車速が、低車速域に入る場合は高車速域に入る場合に比べて、前記ローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する車速応答時定数調整手段と
を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生するためのモータと、
前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、
前記モータ電流検出手段の異常が検出されていない場合に、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて設定される目標電流と、前記モータ電流検出手段により検出された電流とに基づいて、前記検出された電流が前記目標電流に追従するように前記モータの制御量である電圧指令値を演算する正常時制御量演算手段と、
前記モータ電流検出手段に異常が検出されている場合に、前記正常時制御量演算手段に代わって前記電圧指令値を演算する異常時制御量演算手段と、
前記正常時制御量演算手段あるいは前記異常時制御量演算手段により演算された電圧指令値にしたがって前記モータを駆動するモータ駆動手段と
を備え、
前記異常時制御量演算手段は、
前記モータの回転に応じた信号を出力する前記ステアリング機構に設けられたセンサの信号を入力し、前記入力した信号から前記モータの回転角速度を推定する回転角速度推定手段と、
前記回転角速度推定手段により推定された回転角速度と前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクとに基づいて前記電圧指令値を演算する回転角速度応答制御量演算手段と
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記回転角速度推定手段は、前記モータの回転角度を表す信号を入力し、前記回転角度を時間で微分してローパスフィルタ処理することにより回転角速度を演算するものであり、
舵角を検出する舵角検出手段と、
前記舵角検出手段により検出された舵角が、舵角範囲の両端となる最大舵角に近い場合は最大舵角に近くない場合に比べて、前記ローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する舵角応答時定数調整手段と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生するためのモータと、
前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段と、
前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段と、
前記モータ電流検出手段の異常が検出されていない場合に、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて設定される目標電流と、前記モータ電流検出手段により検出された電流とに基づいて、前記検出された電流が前記目標電流に追従するように前記モータの制御量である電圧指令値を演算する正常時制御量演算手段と、
前記モータ電流検出手段に異常が検出されている場合に、前記正常時制御量演算手段に代わって前記電圧指令値を演算する異常時制御量演算手段と、
前記正常時制御量演算手段あるいは前記異常時制御量演算手段により演算された電圧指令値にしたがって前記モータを駆動するモータ駆動手段と
を備え、
前記異常時制御量演算手段は、
前記モータの回転に応じた信号を出力する前記ステアリング機構に設けられたセンサの信号を入力し、前記入力した信号から前記モータの回転角速度を推定する回転角速度推定手段と、
前記回転角速度推定手段により推定された回転角速度と前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクとに基づいて前記電圧指令値を演算する回転角速度応答制御量演算手段と
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記回転角速度推定手段は、前記モータの回転角度を表す信号を入力し、前記回転角度を時間で微分してローパスフィルタ処理することにより回転角速度を演算するものであり、
車速を検出する車速検出手段と、
前記車速検出手段により検出された車速が、低車速域に入る場合は高車速域に入る場合に比べて、前記ローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する車速応答時定数調整手段と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者の操舵操作に基づいてモータを駆動して操舵アシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動パワーステアリング装置は、運転者が操舵ハンドルに付与した操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じた目標操舵アシストトルクを演算して、この目標操舵アシストトルクが得られるようにモータの通電を制御する。通常、電動パワーステアリング装置は、目標操舵アシストトルクに比例する目標電流を計算するとともにモータに流れた実際の電流を電流センサにより検出し、目標電流と実際に流れた電流との偏差に応じた電圧をモータに印加する。つまり、フィードバック制御によりモータを駆動制御する。
【０００３】
電流センサが故障した場合には、フィードバック制御を行うことができない。こうした電流センサの故障時においても操舵アシストを行う電動パワーステアリング装置が特許文献１において提案されている。この特許文献１に提案された電動パワーステアリング装置は、電流センサの故障が検出されたとき、フィードバック制御に代えてオープンループ制御に切り替える。つまり、操舵トルクに比例した大きさの電圧をモータに印加するように設定したデューティ比でモータ駆動回路のスイッチング素子を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８８８７７号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、上記のようなオープンループ制御でモータを駆動した場合には、フィードバック制御に比べて、操舵操作に対する操舵アシストの追従性が極端に低下する。つまり、速い速度で操舵操作したときに発生できる操舵アシストが極端に低下する。この理由は、モータ制御量に、モータで発生する逆起電圧による電圧低下が加味されていないからである。モータが回転すれば、モータコイルに逆起電圧が発生する。このため、例えば、モータの目標印加電圧が５Ｖであっても、逆起電圧が３Ｖであれば、その差である２Ｖに相当する電流しかモータに流すことができない。モータの回転速度がさらに上昇して、逆起電圧が印加電圧を上回る場合には、逆起電圧と印加電圧との差によりエネルギーがモータ駆動回路側（電源側）に戻ってしまい、操舵アシストを行うことができないだけでなく、逆に、操舵操作のブレーキとなる。このため、電流センサが故障した場合には、操舵操作が重くなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、電流センサが故障した場合でも、操舵アシストの追従性の低下を抑制して、良好な操舵アシストを継続させることにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルからステアリングシャフトに入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（２１，７１）と、ステアリング機構に設けられて操舵アシストトルクを発生するためのモータ（２０）と、前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出手段（３１）と、前記モータ電流検出手段の異常を検出する異常検出手段（９１）と、前記モータ電流検出手段の異常が検出されていない場合に、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて設定される目標電流と、前記モータ電流検出手段により検出された電流とに基づいて、前記検出された電流が前記目標電流に追従するように前記モータの制御量である電圧指令値を演算する正常時制御量演算手段（７０）と、前記モータ電流検出手段に異常が検出されている場合に、前記正常時制御量演算手段に代わって前記電圧指令値を演算する異常時制御量演算手段（８０，９０）と、前記正常時制御量演算手段あるいは前記異常時制御量演算手段により演算された電圧指令値にしたがって前記モータを駆動するモータ駆動手段（３０，４０，６２）とを備え、
前記異常時制御量演算手段は、前記モータの回転に応じた信号を出力する前記ステアリング機構に設けられたセンサの信号を入力し、前記入力した信号から前記モータの回転角速度（ω）を推定する回転角速度推定手段（８２）と、前記回転角速度推定手段により推定された回転角速度（ω）と前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルク（ｔｒ）とに基づいて前記電圧指令値を演算する回転角速度応答制御量演算手段（８１，８３，８４，９２，９３）とを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記回転角速度応答制御量演算手段は、前記操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに基づいて基本電圧（Ｖ０’）を演算する基本電圧演算手段（９２ａ）と、前記基本電圧演算手段により演算された基本電圧を上限値（Ｖlim）で制限した値を前記電圧指令値（Ｖ＊）として設定する電圧上限制限手段（９２ｂ）と、前記回転角速度推定手段により推定された回転角速度に基づいて、回転角速度が大きくなるにしたがって前記上限値を高くして、前記電圧指令値の電圧上限制限を緩める上限値緩和手段（９３）とを備えたことにある。
【０００８】
本発明においては、正常時制御量演算手段が、操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクに応じて目標電流を設定し、この目標電流と、モータ電流検出手段により検出された電流とに基づいて、検出電流が目標電流に追従するように電圧指令値を演算し、モータ駆動手段が、電圧指令値にしたがってモータを駆動して、適正な操舵アシストトルクを発生させる。正常時制御量演算手段は、例えば、目標電流と検出電流との偏差を使った電流フィードバック制御により電圧指令値を演算する。また、電流フィードバック制御に、更に、各種の補償制御を加えたものであってもよい。また、電流フィードバック制御を使わずに、フィードフォワード制御にて電圧指令値を演算するものであってもよい。
【０００９】
モータ電流検出手段が故障した場合には、こうした検出電流に基づいた電圧指令値を演算することができない。そこで、モータ電流検出手段の異常が検出されている場合には、異常時モータ制御手段が、正常時制御量演算手段に代わって電圧指令値を演算する。
【００１０】
異常時制御量演算手段は、回転角速度推定手段と回転角速度応答制御量演算手段とを備えている。回転角速度推定手段は、モータの回転に応じた信号を出力するステアリング機構に設けられたセンサの信号を入力し、入力した信号からモータの回転角速度を推定する。例えば、モータの回転に応じて変化する回転角度を表す信号を入力し、回転角度を時間で微分することによりモータの回転角速度を演算により推定する。
【００１１】
モータの回転に応じた信号としては、例えば、操舵トルクセンサが、ステアリングシャフトの回転角度に応じて変化する回転角度検出信号を出力する形式のものであれば、その回転角度検出信号を利用することができる。また、例えば、ステアリングシャフトの回転角度を検出する舵角センサを備えた車両であれば、舵角センサの検出信号を利用してもよい。また、ステアリング機構に舵角比可変装置を備えている車両であれば、舵角比可変装置で検出される回転角度を表す信号も利用することができる。
【００１２】
回転角速度応答制御量演算手段は、回転角速度推定手段により推定された回転角速度と操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクとに基づいて電圧指令値を演算する。モータで発生する逆起電圧は、モータの回転角速度に比例する。従って、回転角速度を推定することで、モータで発生する逆起電圧を推定することができるため、この逆起電圧によるモータ印加電圧不足を抑制するように電圧指令値を演算することができる。例えば、回転角速度応答制御量演算手段は、操舵トルクが大きくなるにしたがって、かつ、回転角速度が大きくなるにしたがって増加する電圧指令値を演算する。
【００１３】
この結果、本発明によれば、電流センサが故障した場合でも、操舵アシストの追従性の低下を抑制して、良好な操舵アシストを継続させることができる。
【００２４】
本発明においては、基本電圧演算手段が、操舵トルクに基づいて基本電圧を演算する。例えば、基本電圧演算手段は、操舵トルクが大きくなるにしたがって高くなる基本電圧をフィードフォワード制御により演算する。この場合、操舵トルクから直接基本電圧を演算してもよいし、操舵トルクに応じて設定される目標電流を計算し、この目標電流に応じた基本電圧を演算するようにしてもよい。また、操舵トルクに加えて車速に応じた基本電圧を演算するようにしてもよい。
【００２５】
電圧上限制限手段は、基本電圧演算手段により演算された基本電圧を上限値で制限した値を電圧指令値として設定する。そして、上限値緩和手段が、回転角速度推定手段により推定された回転角速度に基づいて、回転角速度が大きくなるにしたがって上限値を高くして、電圧指令値の電圧上限制限を緩める。
【００２６】
モータを電圧指令値にしたがって駆動制御する場合、電圧指令値には上限値が設定されて、上限値以下になるように制限される。本発明においては、この上限値を、回転角速度が大きくなるにしたがって高くすることにより電圧指令値の電圧上限制限を緩める。従って、モータの回転角速度が増加して逆起電圧が大きくなっている場合には、上限値が高められて電圧指令値を増加させることができる。これにより、本発明によれば、逆起電圧によるモータ印加電圧不足を補償した電圧をモータに印加することができ、追従性の良い操舵アシストトルクを発生させることができる。
尚、本明細書においては、電流、電圧、角度、角速度、トルクなど、符号（正負）により方向が識別される物理量について大きさを論じる場合には、その物理量は絶対値で表されるものである。
【００２７】
本発明の他の特徴は、舵角を検出する舵角検出手段（２１ｂ，２２）と、前記舵角検出手段により検出された舵角が、舵角範囲の両端となる最大舵角に近い場合は最大舵角に近くない場合に比べて、前記上限値を低くするように調整する舵角応答上限値調整手段（９４，９５）とを備えたことにある。
【００２８】
操舵ハンドルを最大舵角（ステアリング機構におけるストロークエンド）にまで操舵すると、ストッパにより、それ以上の操舵操作が機械的に規制される。この機械的に規制された状態をストッパ当たりと呼ぶ。強い操舵操作によりストッパ当たりが発生すると、モータの回転が急激に停止状態となり、それまで発生していた逆起電圧が急激に消滅する。この影響で、モータに流れる電流が急増して電流サージを発生するおそれがある。本発明においては、舵角応答上限値調整手段が、舵角検出手段により検出された舵角が、舵角範囲の両端となる最大舵角に近い場合は最大舵角に近くない場合に比べて上限値を低くするように調整する。舵角が最大舵角に近い場合には、ストッパ当たりが発生する可能性がある。そこで、本発明においては、舵角に基づいて、ストッパ当たりが発生する可能性があると判断できる場合には電圧指令値の上限値を低くする。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ印加電圧が低く抑えられる。また、操舵アシストが弱められるため操舵速度が遅くなり、ストッパ当たり時におけるモータ回転の急変が抑制される。この結果、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができ、モータおよびモータ駆動回路を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、逆起電圧によるモータ印加電圧不足が補償されて十分な操舵アシストが得られる。
【００２９】
本発明の他の特徴は、車速を検出する車速検出手段（３４）と、前記車速検出手段により検出された車速が、低車速域に入る場合は高車速域に入る場合に比べて、前記上限値を低くするように調整する車速応答上限値調整手段（９６，９７）とを備えたことにある。
【００３０】
本発明においては、車速応答上限値調整手段が、車速検出手段により検出された車速が、低車速域に入る場合は高車速域に入る場合に比べて上限値を低くするように調整する。車庫入れ時のように車速が低い場合には、ストッパ当たりが発生する可能性がある。そこで、本発明においては、車速に基づいて、ストッパ当たりが発生する可能性があると判断できる場合には電圧指令値の上限値を低くする。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ印加電圧が低く抑えられる。また、操舵アシストが弱められるため操舵速度が遅くなり、ストッパ当たり時におけるモータ回転の急変が抑制される。この結果、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができ、モータおよびモータ駆動回路を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、逆起電圧によるモータ印加電圧不足が補償されて十分な操舵アシストが得られる。
【００３１】
本発明の他の特徴は、前記回転角速度推定手段は、前記モータの回転角度を表す信号を入力し、前記回転角度を時間で微分してローパスフィルタ処理することにより回転角速度を演算するものであり、舵角を検出する舵角検出手段（２１ｂ，２２）と、前記舵角検出手段により検出された舵角が、舵角範囲の両端となる最大舵角に近い場合は最大舵角に近くない場合に比べて、前記ローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する舵角応答時定数調整手段（８９１）とを備えたことにある。
【００３２】
本発明においては、回転角速度推定手段が、モータの回転角度を表す信号を入力し、回転角度を時間で微分し、その微分値をローパスフィルタ処理することにより回転角速度を演算する。ローパスフィルタ処理の時定数を長くすれば、計算値に含まれるノイズが少なくなり、滑らかな操舵フィーリングが得られるが、一方において、回転角速度を推定する応答性が低下する。このため、ストッパ当たりが発生したときの、回転角速度の急激な変化を瞬時に推定することが難しくなり、電流サージが発生するおそれがある。
【００３３】
そこで、本発明においては、舵角応答時定数調整手段が、舵角検出手段により検出された舵角が、舵角範囲の両端となる最大舵角に近い場合は最大舵角に近くない場合に比べてローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する。つまり、舵角に基づいて、ストッパ当たりの発生する可能性があると判断できる場合には、ローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する。
【００３４】
従って、ストッパ当たりにより逆起電圧が急激に消滅した場合でも、事前に回転角速度の推定応答を高めた状態にしておくことができるため、ストッパ当たりが発生した瞬時に回転角速度の低下を推定することができる。このため、回転角速度の推定遅れにより電圧指令値が大きくなり過ぎてしまうことを抑制できる。この結果、モータおよびモータ駆動回路を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、ローパスフィルタ処理の時定数が長く設定されるため、ノイズによる影響が少なくなり、良好な操舵フィーリングが得られる。
【００３５】
本発明の他の特徴は、前記回転角速度推定手段は、前記モータの回転角度を表す信号を入力し、前記回転角度を時間で微分してローパスフィルタ処理することにより回転角速度を演算するものであり、車速を検出する車速検出手段（３４）と、前記車速検出手段により検出された車速が、低車速域に入る場合は高車速域に入る場合に比べて、前記ローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する車速応答時定数調整手段（８９２）とを備えたことにある。
【００３６】
本発明においては、車速応答時定数調整手段が、車速検出手段により検出された車速が、低車速域に入る場合は高車速域に入る場合に比べて、ローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する。つまり、車速に基づいて、ストッパ当たりの発生する可能性があると判断できる場合には、ローパスフィルタ処理の時定数を短くするように調整する。
【００３７】
従って、ストッパ当たりにより逆起電圧が急激に消滅した場合でも、事前に回転角速度の推定応答を高めた状態にしておくことができるため、ストッパ当たりが発生した瞬時に回転角速度の低下を推定することができる。このため、回転角速度の推定遅れにより電圧指令値が大きくなり過ぎてしまうことを抑制できる。この結果、モータおよびモータ駆動回路を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、ローパスフィルタ処理の時定数が長く設定されるため、ノイズによる影響が少なくなり、良好な操舵フィーリングが得られる。
【００３８】
尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態にかかるアシストＥＣＵの機能ブロック図である。
【図３】第１実施形態にかかるアシストマップを表すグラフである。
【図４】第１実施形態にかかる回転角速度と補正電圧との関係を表すグラフである。
【図５】第１実施形態の変形例１にかかる回転角速度と補正電圧との関係を表すグラフである。
【図６】第１実施形態の変形例２−１にかかる異常時モータ制御量演算部の機能ブロック図である。
【図７】第１実施形態の変形例２−１にかかる補正ゲインマップを表すグラフである。
【図８】第１実施形態の変形例２−２にかかる異常時モータ制御量演算部の機能ブロック図である。
【図９】第１実施形態の変形例２−２にかかる補正ゲインマップを表すグラフである。
【図１０】第１実施形態の変形例３−１にかかる異常時モータ制御量演算部の機能ブロック図である。
【図１１】第１実施形態の変形例３−１にかかる時定数マップを表すグラフである。
【図１２】第１実施形態の変形例３−２にかかる異常時モータ制御量演算部の機能ブロック図である。
【図１３】第１実施形態の変形例３−２にかかる時定数マップを表すグラフである。
【図１４】第２実施形態にかかるアシストＥＣＵの機能ブロック図である。
【図１５】第２実施形態にかかる回転角速度と電圧上限値との関係を表すグラフである。
【図１６】第２実施形態の変形例１にかかる回転角速度と電圧上限値との関係を表すグラフである。
【図１７】第２実施形態の変形例２−１にかかる異常時モータ制御量演算部の機能ブロック図である。
【図１８】第２実施形態の変形例２−１にかかる補正ゲインマップを表すグラフである。
【図１９】第２実施形態の変形例２−２にかかる異常時モータ制御量演算部の機能ブロック図である。
【図２０】第２実施形態の変形例２−２にかかる補正ゲインマップを表すグラフである。
【図２１】第２実施形態の変形例３−１にかかる異常時モータ制御量演算部の機能ブロック図である。
【図２２】第２実施形態の変形例３−２にかかる異常時モータ制御量演算部の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る車両の電動パワーステアリング装置の概略構成を表している。
【００４１】
この電動パワーステアリング装置は、操舵ハンドル１１の操舵操作により転舵輪を転舵するステアリング機構１０と、ステアリング機構１０に組み付けられ操舵アシストトルクを発生するモータ２０と、操舵ハンドル１１の操作状態に応じてモータ２０の作動を制御する電子制御ユニット１００とを主要部として備えている。以下、電子制御ユニット１００をアシストＥＣＵ１００と呼ぶ。
【００４２】
ステアリング機構１０は、操舵ハンドル１１の回転操作により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するための機構で、操舵ハンドル１１を上端に一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備える。このステアリングシャフト１２の下端には、ピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたギヤ部１４ａと噛み合って、ラックバー１４とともにラックアンドピニオン機構を構成する。
【００４３】
ラックバー１４は、ギヤ部１４ａがラックハウジング１６内に収納され、その左右両端がラックハウジング１６から露出してタイロッド１７と連結される。このラックバー１４のタイロッド１７との連結部には、ストロークエンドを構成するストッパ１８が形成され、このストッパ１８とラックハウジング１６の端部との当接によりラックバー１４の左右動ストロークが機械的に規制されている。左右のタイロッド１７の他端は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２２に設けられたナックル１９に接続される。こうした構成により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に操舵される。
【００４４】
ステアリングシャフト１２には減速ギヤ２５を介してモータ２０が組み付けられている。モータ２０は、その回転により減速ギヤ２５を介してステアリングシャフト１２をその軸中心に回転駆動して、操舵ハンドル１１の回動操作に対してアシスト力を付与する。このモータ２０は、ブラシ付直流モータである。
【００４５】
ステアリングシャフト１２には、操舵ハンドル１１と減速ギヤ２５との中間位置に操舵トルクセンサ２１が組みつけられている。操舵トルクセンサ２１は、ステアリングシャフト１２の中間部に介装されたトーションバー２１ｃと、トーションバー２１ｃの入力側（操舵ハンドル１１側）の回転角度を検出する入力側角度センサ２１ａと、トーションバー２１ｃの出力側（減速ギヤ２５側）の回転角度を検出する出力側角度センサ２１ｂとを備える。本実施形態においては、入力側角度センサ２１ａ、および、出力側角度センサ２１ｂとしてレゾルバを用いる。
【００４６】
入力側角度センサ２１ａは、ステアリングシャフト１２まわりのステータに対するトーションバー２１ｃの入力側の回転角度θin（絶対角度）を表す信号をアシストＥＣＵ１００出力する。また、出力側角度センサ２１ｂは、ステアリングシャフト１２まわりのステータに対するトーションバー２１ｃの出力側の回転角度θout（絶対角度）を表す信号をアシストＥＣＵ１００出力する。
【００４７】
操舵ハンドル１１を介してステアリングシャフト１２に操舵トルクが入力されると、操舵トルクに比例した角度でトーションバー２１ｃが捩られる。アシストＥＣＵ１００は、入力側角度センサ２１ａにより検出される回転角度θinと、出力側角度センサ２１ｂにより検出される回転角度θoutとの差（θin−θout）、つまり、トーションバー２１ｃの捩れ角度に基づいて、ステアリングシャフト１２に入力された操舵トルクｔｒを検出する。操舵トルクｔｒは、例えば、角度差（θin−θout）に比例定数を乗じて演算することができる。
【００４８】
尚、本実施形態においては、操舵トルクｔｒを演算する機能を、アシストＥＣＵ１００に持たせているが、操舵トルクセンサ２１側に持たせてもよい。つまり、操舵トルクセンサ２１が、角度差（θin−θout）から操舵トルクｔｒを演算して、その演算結果（ｔｒ）をアシストＥＣＵ１００に出力するようにしてもよい。また、本実施形態においては、トーションバー２１ｃの捩れ角度を、２つのレゾルバにより検出するが、レゾルバに限るものでなく他の回転角度センサを使って検出することもできる。
【００４９】
操舵トルクｔｒは、正負の値により操舵ハンドル１１の操作方向が識別される。例えば、操舵ハンドル１１を左方向へ回動操作したときの操舵トルクｔｒを正の値で、操舵ハンドル１１を右方向へ回動操作したときの操舵トルクｔｒを負の値で示す。また、後述する舵角θｈについても、中立位置をゼロとして、正負の値により舵角の方向が識別される。例えば、中立位置より左方向の舵角θｈを正の値で、中立位置より右方向の舵角θｈを負の値で示す。また、操舵トルクｔｒ、舵角θｈについて、その大きさを論じる場合には、絶対値を用いる。
【００５０】
次に、アシストＥＣＵ１００について図２を用いて説明する。アシストＥＣＵ１００は、モータ２０の目標制御量を演算し、演算された目標制御量に応じたスイッチ駆動信号を出力する電子制御回路５０と、電子制御回路５０から出力されたスイッチ駆動信号にしたがってモータ２０に通電するモータ駆動回路４０とを含んで構成される。
【００５１】
電子制御回路５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる演算回路と入出力インタフェースを備えたマイクロコンピュータ６０（以下、マイコン６０と呼ぶ）と、マイコン６０から出力されるスイッチ制御信号を増幅してモータ駆動回路４０に供給するスイッチ駆動回路３０とを備える。
【００５２】
アシストＥＣＵ１００は、電源装置２００から電力供給される。この電源装置２００は、図示しないバッテリと、エンジンの回転により発電するオルタネータとから構成される。この電源装置２００の定格出力電圧は、例えば１２Ｖに設定されている。尚、図中においては、電源装置２００からモータ駆動回路４０への電源供給ラインである電源ライン２１０のみを示しているが、電子制御回路５０の作動電源も電源装置２００から供給される。
【００５３】
モータ駆動回路４０は、電源ライン２１０とグランドライン２２０との間に設けられ、スイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｈとを並列接続した上アーム回路４５Ｈと、スイッチング素子Ｑ１Ｌとスイッチング素子Ｑ２Ｌとを並列接続した下アーム回路４５Ｌとを直列に接続し、この上アーム回路４５Ｈと下アーム回路４５Ｌとの接続部から、モータ２０への電力供給を行うための通電ライン４７ａ，４７ｂを引き出したＨブリッジ回路で構成されている。
【００５４】
モータ駆動回路４０に設けられるスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌとしては、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍetal  Ｏxide  Ｓemiconductor  Ｆield  Ｅffect  Ｔransistor）が使用される。スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌは、各ソース−ドレイン間に電源電圧が印加されるように上下のアーム回路４５Ｈ，４５Ｌに設けられ、また、各ゲートが電子制御回路５０のスイッチ駆動回路３０に接続される。
【００５５】
尚、図中に回路記号で示すように、ＭＯＳ−ＦＥＴには構造上、ダイオードが寄生している。このダイオードを寄生ダイオードと呼ぶ。各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌの寄生ダイオードは、電源ライン２１０からグランドライン２２０への電流の流れを遮断し、グランドライン２２０から電源ライン２１０へ向かう電流のみを許容する逆導通ダイオードである。また、モータ駆動回路４０は、寄生ダイオードとは別の逆導通ダイオード（電流遮断方向は寄生ダイオードと同じであって、電源電圧方向に対して逆方向にのみ導通するダイオード）をスイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｌ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌに並列に接続した構成であってもよい。
【００５６】
マイコン６０は、スイッチ駆動回路３０を介してモータ駆動回路４０の各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌのゲートに独立した駆動信号を出力する。この駆動信号により、各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌのオン状態とオフ状態とが切り替えられる。
【００５７】
モータ駆動回路４０においては、スイッチング素子Ｑ２Ｈとスイッチング素子Ｑ１Ｌとがオフに維持された状態でスイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｌとがオンすると、図中の（＋）方向に電流が流れる。これにより、モータ２０は、正回転方向のトルクを発生する。また、スイッチング素子Ｑ１Ｈとスイッチング素子Ｑ２Ｌとがオフに維持された状態でスイッチング素子Ｑ２Ｈとスイッチング素子Ｑ１Ｌとがオンすると、図中の（−）方向に電流が流れる。これにより、モータ２０は、逆回転方向のトルクを発生する。
【００５８】
アシストＥＣＵ１００は、モータ２０に流れる電流を検出する電流センサ３１を備えている。この電流センサ３１は、下アーム回路４５Ｌとグランドとを接続するグランドライン２２０に設けられる。電流センサ３１は、例えば、グランドライン２２０にシャント抵抗（図示略）を設け、このシャント抵抗の両端に現れる電圧をアンプ（図示略）で増幅し、増幅した電圧をＡ／Ｄコンバータ（図示略）によりデジタル信号に変換してマイコン６０に供給する。以下、電流センサ３１により検出されるモータ２０に流れる電流の値を、モータ実電流Ｉｍと呼ぶ。尚、モータ実電流Ｉｍの検出にあたっては、電流センサ３１側にＡ／Ｄコンバータを設けずに、マイコン６０側にＡ／Ｄコンバータを設けた構成であってもよい。つまり、電流センサ３１でアナログ電圧信号を出力し、マイコン６０でデジタル信号に変換する構成であってもよい。
【００５９】
また、アシストＥＣＵ１００は、車速センサ３４を接続している。車速センサ３４は、車速ｖｘを表す検出信号をアシストＥＣＵ１００に出力する。
【００６０】
次に、マイコン６０の制御処理について説明する。マイコン６０の制御処理については、いくつかの実施形態および変形例を説明する。尚、以下に説明する実施形態および変形例のうち、第１実施形態の変形例３（変形例３-１，変形例３−２）、第２実施形態、第２実施形態の変形例１、第２実施形態の変形例２（変形例２−１，変形例２−２）、第２実施形態の変形例３（変形例３−１，変形例３−２）が本発明の実施形態および変形例に相当し、第１実施形態、第１実施形態の変形例１、第１実施形態の変形例２（変形例２−１，変形例２−２）については、参考例である。まず、マイコン６０の制御処理に関する第１実施形態から説明する。図２は、第１実施形態にかかるマイコン６０の機能ブロックを表している。マイコン６０は、その機能に着目すると、正常時モータ制御量演算部７０と、異常時モータ制御量演算部８０と、制御切替部６１と、ＰＷＭ制御部６２と、電流センサ異常検出部９１とを備えている。各機能部における処理は、マイコン６０に記憶された制御プログラムを所定の周期で繰り返し実行することにより行われる。
【００６１】
正常時モータ制御量演算部７０は、電流センサ３１に異常が検出されていないとき、つまり、電流センサ異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「０」であるとき、モータ２０の制御量を演算するブロックである。正常時モータ制御量演算部７０は、目標トルク演算部７１と、目標電流演算部７２と、電流フィードバック制御部７３とを備えている。
【００６２】
目標トルク演算部７１は、車速センサ３４よって検出された車速ｖｘと、操舵トルクセンサ２１によって検出された回転角度θin，θoutとを入力する。目標トルク演算部７１は、角度差（θin−θout）に比例定数を乗じて操舵トルクｔｒを計算し、図３に示すアシストマップを参照して、車速ｖｘおよび操舵トルクｔｒに応じて設定される目標アシストトルクｔ＊を計算する。従って、目標トルク演算部７１は、操舵トルクｔｒを計算する機能と、目標アシストトルクｔ＊を計算する機能とを備えている。
【００６３】
アシストマップは、代表的な複数の車速ｖｘごとに、操舵トルクｔｒと目標アシストトルクｔ＊との関係を設定した関係付けデータである。アシストマップは、操舵トルクｔｒが大きくなるにしたがって目標アシストトルクｔ＊が増加し、車速ｖｘが低くなるにしたがって目標アシストトルクｔ＊が増加する特性を有している。尚、図３は、左方向の操舵時におけるアシストマップであって、右方向の操舵時におけるアシストマップは、左方向のものに対して操舵トルクｔｒと目標アシストトルクｔ＊の符号をそれぞれ反対（つまり負）にしたものとなる。
【００６４】
目標トルク演算部７１は、計算した目標アシストトルクｔ＊を目標電流演算部７２に出力する。目標電流演算部７２は、目標アシストトルクｔ＊を発生させるために必要な電流値である目標電流Ｉ＊を計算する。目標電流Ｉ＊は、目標アシストトルクｔ＊をトルク定数で除算することにより求められる。
【００６５】
目標電流演算部７２は、計算した目標電流Ｉ＊を電流フィードバック制御部７３に出力する。電流フィードバック制御部７３は、目標電流Ｉ＊から電流センサ３１により検出されたモータ実電流Ｉｍを減算した偏差ΔＩを算出し、この偏差ΔＩを使ったＰＩ制御（比例積分制御）により、モータ実電流Ｉｍが目標電流Ｉ＊に追従するようにモータ２０に印加する目標電圧を表す電圧指令値Ｖ＊を計算する。電圧指令値Ｖ＊は、例えば、下記式（１）により計算する。
Ｖ＊＝Ｋｐ・ΔＩ＋Ｋｉ・∫ΔＩ  ｄｔ    ・・・（１）
ここでＫｐは、ＰＩ制御における比例項の制御ゲイン、Ｋｉは、ＰＩ制御における積分項の制御ゲインである。
【００６６】
電流フィードバック制御部７３は、計算した電圧指令値Ｖ＊を制御切替部６１に出力する。制御切替部６１は、正常時モータ制御量演算部７０と異常時モータ制御量演算部８０とから電圧指令値Ｖ＊を入力するように構成され、電流センサ異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「０」のときに、正常時モータ制御量演算部７０から入力した電圧指令値Ｖ＊をそのままＰＷＭ制御部６２に出力し、電流センサ異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「１」のときに、異常時モータ制御量演算部８０から入力した電圧指令値Ｖ＊をそのままＰＷＭ制御部６２に出力する。
【００６７】
ＰＷＭ制御部６２は、制御切替部６１から出力される電圧指令値Ｖ＊を入力し、電圧指令値Ｖ＊で表される電圧がモータ２０に印加されるようなデューティ比を設定したＰＷＭ（Ｐulse  Ｗidth  Ｍodulation）制御信号をスイッチ駆動回路３０に出力する。
【００６８】
スイッチ駆動回路３０は、入力したＰＷＭ制御信号を増幅してモータ駆動回路４０に出力する。これにより、電流センサ異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「０」である場合には、正常時モータ制御量演算部７０にて計算された電圧指令値Ｖ＊に応じたデューティ比のパルス信号列がＰＷＭ制御信号としてモータ駆動回路４０に出力される。このＰＷＭ制御信号により、各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌのデューティ比が制御され、モータ２０の駆動電圧が電圧指令値Ｖ＊に調整される。こうして、モータ２０には、操舵操作方向に回転する向きに目標電流Ｉ＊が流れる。この結果、モータ２０は、目標アシストトルクｔ＊に等しいトルクを出力し、運転者の操舵操作をアシストする。
【００６９】
電流センサ異常検出部９１は、電流センサ３１により検出されるモータ実電流Ｉｍと、正常時モータ制御量演算部７０で計算される目標電流Ｉ＊とを入力し、モータ実電流Ｉｍと目標電流Ｉ＊とが所定期間にわたって大きく相違する場合に電流センサ３１が故障していると判定する。例えば、モータ実電流Ｉｍと目標電流Ｉ＊との偏差（｜Ｉｍ−Ｉ＊｜）を計算し、この偏差が予め設定された基準値よりも大きくなる連続時間が、予め設定された基準時間を超えた場合に、電流センサ３１が故障していると判定する。
【００７０】
電流センサ異常検出部９１は、電流センサ３１の異常を検出していない場合には、異常判定信号Ｆfailを「０」に設定し、電流センサ３１の異常を検出した場合には、異常判定信号Ｆfailを「１」に設定する。電流センサ異常検出部９１は、設定した異常判定信号Ｆfailを、正常時モータ制御量演算部７０、異常時モータ制御量演算部８０、制御切替部６１に出力する。正常時モータ制御量演算部７０は、異常判定信号Ｆfailが「０」である場合に作動状態となり、異常判定信号Ｆfailが「１」である場合に休止状態となる。また、異常時モータ制御量演算部８０は、異常判定信号Ｆfailが「０」である場合に休止状態となり、異常判定信号Ｆfailが「１」である場合に作動状態となる。
【００７１】
異常時モータ制御量演算部８０は、電流センサ３１に異常が検出されているとき、つまり、電流センサ異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「１」であるとき、モータ２０の制御量を演算するブロックである。
【００７２】
異常時モータ制御量演算部８０は、目標トルク演算部７１と、目標電流演算部７２と、基本電圧演算部８１と、回転角速度推定部８２と、補正電圧演算部８３と、電圧値加算部８４とを備えている。目標トルク演算部７１と目標電流演算部７２とは、正常時モータ制御量演算部７０と共通して設けられるものである。
【００７３】
基本電圧演算部８１は、目標電流演算部７２の出力する目標電流Ｉ＊を入力し、目標電流Ｉ＊に係数Ｋを乗じて、目標電流Ｉ＊に比例した基本電圧Ｖ０を計算する。計算された基本電圧Ｖ０は、モータ２０に印加する目標電圧の値を表しているが、後述するように補正電圧Ｖ１で補正されるため、最終的なモータ２０の制御量（電圧指令値Ｖ＊）を表すものではない。従って、ここでは、基本電圧演算部８１で計算された電圧を基本電圧Ｖ０と呼ぶ。基本電圧演算部８１は、計算した基本電圧Ｖ０を電圧値加算部８４に出力する。
【００７４】
尚、異常時モータ制御量演算部８０は、フィードフォワード制御により基本電圧Ｖ０を計算する場合、一定の電圧上限値Ｖlim０が予め設定されており、電圧上限値Ｖlim０以下になるように基本電圧Ｖ０を計算する。つまり、異常時モータ制御量演算部８０は、目標電流Ｉ＊に係数Ｋを乗じた値（Ｋ・Ｉ＊）が電圧上限値Ｖlim０以下であれば、その値をそのまま基本電圧Ｖ０に設定し（Ｖ０←Ｋ・Ｉ＊）、目標電流Ｉ＊に係数Ｋを乗じた値（Ｋ・Ｉ＊）が電圧上限値Ｖlim０を越える場合には、電圧上限値Ｖlim０を基本電圧Ｖ０に設定する（Ｖ０←Ｖlim０）。
【００７５】
また、この例では、目標電流Ｉ＊に比例する基本電圧Ｖ０が計算されるが、基本電圧Ｖ０は、操舵トルクｔｒに基づいて設定されるものであればよい。従って、操舵トルクｔｒから直接計算するようにしてもよい。例えば、操舵トルクｔｒが大きくなるにしたがって高くなる基本電圧Ｖ０を設定するとよい。この場合においても、基本電圧Ｖ０は、電圧上限値Ｖlim０以下に制限される。
【００７６】
回転角速度推定部８２は、操舵トルクセンサ２１の回転角度センサ２１ｂが出力する回転角度θoutを入力する。回転角度センサ２１ｂは、そのロータが減速ギヤ２５を介してモータ２０の出力軸と連結されているため、回転角度θoutとモータ２０の回転角度との関係は常に一定となる。従って、回転角度θoutを時間で微分した値は、モータ２０の回転角速度に対応した値となる。そこで、回転角速度推定部８２は、回転角度θoutを時間で微分することによりモータ２０の回転角速度ωを推定する。この場合、回転角速度推定部８２は、計算値からノイズを除去するために、回転角度θoutの微分値をローパスフィルタ処理して回転角速度ωを求める。回転角速度推定部８２は、推定した回転角速度ωを補正電圧演算部８３に出力する。
【００７７】
尚、第１実施形態においては、操舵トルクセンサ２１が備える２つの角度センサ２１ａ，２１ｂのうち、出力側角度センサ２１ｂの検出値を使っているが、出力側角度センサ２１ｂに代えて、入力側角度センサ２１ａを使用することもできる。入力側角度センサ２１ａの回転角度θinを時間で微分した値であっても、実質的にモータ２０の回転角速度に対応した値となるからである。
【００７８】
以下、回転角速度ωの大きさに応じた制御処理について述べるが、この回転角速度ωは、回転方向（正負）を区別する必要がないため、絶対値｜ω｜を表すものとして取り扱う。
【００７９】
補正電圧演算部８３は、図４に示すように、モータ２０の回転角速度ωに比例した補正電圧Ｖ１を計算する。この補正電圧Ｖ１は、回転角速度ωの増加に伴って電圧値が高くなるように設定される。例えば、図４に示すように、補正電圧Ｖ１の傾き（比例係数）を逆起電圧定数φに設定するとよい（Ｖ１＝φ・ω）。これにより、補正電圧Ｖ１は、モータ２０で発生する逆起電圧に相当する電圧値として計算される。補正電圧演算部８３は、計算した補正電圧Ｖ１を電圧値加算部８４に出力する。
【００８０】
電圧値加算部８４は、基本電圧演算部８１で計算した基本電圧Ｖ０に、補正電圧演算部８３で計算した補正電圧Ｖ１を加算する。この加算結果（Ｖ０＋Ｖ１）が、最終的な目標電圧、つまり、電圧指令値Ｖ＊となる。電圧値加算部８４は、計算した電圧指令値Ｖ＊を制御切替部６１に出力する。
【００８１】
これにより、電流センサ異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「１」である場合には、異常時モータ制御量演算部８０にて計算された電圧指令値Ｖ＊に応じたデューティ比のパルス信号列がＰＷＭ制御信号としてモータ駆動回路４０に出力される。このＰＷＭ制御信号により、各スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌのデューティ比が制御され、モータ２０の駆動電圧が電圧指令値Ｖ＊に調整される。
【００８２】
この電圧指令値Ｖ＊は、操舵トルクｔｒの増加に伴って高くなる基本電圧Ｖ０と、モータ２０の回転角速度ωの増加に伴って高くなる補正電圧Ｖ１とを加算したものであるため、モータ２０で発生する逆起電圧によりモータ印加電圧が不足してしまうことを補償する適切な値となる。
【００８３】
以上説明した第１実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、電流センサ３１が故障した場合には、正常時モータ制御量演算部７０に代えて異常時モータ制御量演算部８０が、モータ制御量である電圧指令値Ｖ＊を計算する。この場合、フィードフォワード制御により操舵トルクｔｒに応じた基本電圧Ｖ０を計算するとともに、モータ回転角速度ωに基づいてモータ２０で発生する逆起電圧を推定し、推定逆起電圧に応じた補正電圧Ｖ１を基本電圧Ｖ０に加算することにより電圧指令値Ｖ＊（＝Ｖ０＋Ｖ１）を算出する。
【００８４】
これにより、逆起電圧分の電圧低下を補償した電圧をモータ２０に印加することができ、追従性の良い操舵アシストトルクを発生させることができる。また、操舵トルクセンサ２１に備わっている角度センサ２１ｂ（または２１ａ）を使ってモータ２０の回転角速度ωを検出するため、回転角速度を検出するための専用のセンサを必要としない。つまり、電動パワーステアリング装置に備わっているセンサを利用した回転角速度ωを検出することができる。従って、電動パワーステアリング装置のシステム構成が複雑にならず、また、センサ追加によるコストアップを招かない。
【００８５】
尚、第１実施形態においては、出力側角度センサ２１ｂの出力する回転角度θoutを利用して回転角速度ωを計算しているが、例えば、車両挙動制御装置や舵角比可変装置を備えた車両であれば、図１に破線にて示すように、舵角を検出するための舵角センサ２２（舵角に応じて検出値が変化する回転角度センサ）をステアリングシャフト１２などのステアリング機構１０に備えている。従って、そうした舵角センサ２２を備えた車両であれば、操舵トルクセンサ２１の角度センサ２１ｂ（または２１ａ）を利用せずに、舵角センサ２２で検出した舵角θｈをマイコン６０に入力し、マイコン６０で舵角θｈを時間で微分することにより回転角速度ωを求めるようにしてもよい。以下、回転角速度推定部８２に入力する信号を特定する必要がないため、その信号が表す回転角度を、単に回転角度θと呼ぶ。
【００８６】
＜第１実施形態の変形例１：補正電圧特性＞
第１実施形態においては、モータ回転角速度ωからモータ２０の逆起電圧を推定し、その推定値を補正電圧Ｖ１に設定しているが、必ずしも、推定逆起電圧と同じ値の補正電圧Ｖ１を設定する必要はない。つまり、補正電圧Ｖ１は、逆起電圧によりモータ印加電圧が不足してしまうことを抑制できるように設定されるものであればよい。例えば、回転角速度ωに対する補正電圧Ｖ１の比例係数を、逆起電圧定数φよりも小さな値にして、正常時（電流センサ３１の異常が検出されていない時）に比べて操舵アシストが少なくなるように差を持たせてもよい。これによれば、操舵フィーリングの違いにより運転者に異常を知らせることができる。
【００８７】
また、図５に示すように、モータ回転角速度ωに対する補正電圧Ｖ１の特性に、不感帯Ｚを設けるようにしてもよい。この場合には、モータ回転角速度ωの推定値誤差の操舵アシストへの影響を低減することができる。
【００８８】
＜第１実施形態の変形例２：エンド当たりによる電流サージ防止＞
操舵ハンドル１１をストロークエンドまで回すと、ストッパ１８とラックハウジング１６の端部との当接によりラックバー１４の左右動ストロークが機械的に規制される。この状態をストッパ当たりと呼ぶ。操舵ハンドル１１を速く回して舵角位置がストロークエンドに達すると、ストッパ当たりにより、モータ２０の回転が急激に停止状態となるためモータ２０の逆起電圧が急激に消滅し、その影響でモータ２０に流れる電流が急増して電流サージを発生することがある。
【００８９】
そこで、第１実施形態の変形例２においては、ストッパ当たりが発生する可能性が有る状況か否かを判断し、ストッパ当たりが発生する可能性が有る状況においては、逆起電圧によるモータ印加電圧不足を補償するための補正電圧Ｖ１を低くする。ストッパ当たりが発生する可能性については、舵角位置に基づいて判断することもできるし、車速に基づいて判断することもできる。そこで、２つの例について説明する。
【００９０】
＜第１実施形態の変形例２−１＞
第１実施形態の変形例２−１においては、舵角位置がストロークエンド付近であるかどうかを判断し、舵角位置がストロークエンド付近である場合には、ストロークエンド付近でない場合に比べて、補正電圧Ｖ１を低くする。図６は、この変形例２−１にかかるマイコン６０の処理、特に、異常時モータ制御量演算部８０が電圧指令値Ｖ＊を演算する機能を表すブロック図である。
【００９１】
異常時モータ制御量演算部８０は、第１実施形態の構成に加えて、ゲイン設定部８５と、ゲイン乗算部８６とを備えている。ゲイン設定部８５は、舵角センサ２２、あるいは、回転角センサ２１ｂ（あるいは２１ａ）の検出信号を入力し、それらの検出信号が表す舵角θの大きさに基づいて、補正ゲインＫ１を設定する。操舵トルクセンサ２１の回転角度センサ２１ｂ（２１ａでもよい）を使用する場合には、舵角θがゼロとなる回転位置を中立位置として予め記憶しておき、回転角度が変化する度に、その変化した回転角度を中立位置に加減算していくことにより舵角θを検出するようにするとよい。以下、舵角θについて、左右の方向を特定する必要がないため、舵角θの大きさ｜θ｜を、単に舵角θと呼ぶ。
【００９２】
ゲイン設定部８５は、図７に示すような補正ゲインマップを記憶しており、この補正ゲインマップを参照して、舵角θから補正ゲインＫ１を設定する。補正ゲインマップは、舵角θがゼロから設定角度θ１までの範囲において補正ゲインＫ１を「１」に設定し、舵角θが設定角度θ１からストロークエンドθend近傍の設定角度θ２（＞θ１）までの範囲において、舵角θの増加にしたがって減少する補正ゲインＫ１を設定し、舵角θが設定角度θ２より大きくなる範囲において、補正ゲインＫ１を最小値Ｋ１minに設定する特性を有している。従って、舵角θがストロークエンドθend付近となる場合には、ストロークエンドθend付近とならない場合に比べて、小さな補正ゲインＫ１が設定される。ゲイン設定部８５は、設定した補正ゲインＫ１をゲイン乗算部８６に出力する。
【００９３】
ゲイン乗算部８６は、補正電圧演算部８３により計算された補正電圧Ｖ１と、ゲイン設定部８５により計算された補正ゲインＫ１とを入力し、補正電圧Ｖ１に補正ゲインＫ１を乗算する。ゲイン乗算部８６は、この計算結果（Ｋ１・Ｖ１）を最終的な補正電圧として電圧値加算部８４に出力する。
【００９４】
電圧値加算部８４は、基本電圧演算部８１で計算した基本電圧Ｖ０に、ゲイン乗算部８６で計算した補正電圧（Ｋ１・Ｖ１）を加算する。この加算結果（Ｖ０＋Ｋ１・Ｖ１）が、最終的な目標電圧、つまり、電圧指令値Ｖ＊となる。電圧値加算部８４は、計算した電圧指令値Ｖ＊を制御切替部６１に出力する。
【００９５】
以上説明した第１実施形態の変形例２−１によれば、舵角θがストロークエンドθend近傍となる場合に、補正電圧Ｖ１を低くするように調整する。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ印加電圧が低く抑えられる。従って、操舵アシストが弱められるため操舵速度が遅くなり、ストッパ当たり時におけるモータ回転の急変が抑制される。この結果、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができ、モータ駆動回路４０（スイッチング素子Ｑ１Ｈ，Ｑ２Ｈ，Ｑ１Ｌ，Ｑ２Ｌ）およびモータ２０を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、逆起電圧によるモータ印加電圧不足が補償されて十分な操舵アシストが得られる。
【００９６】
尚、第１実施形態の変形例２−１において、更に、舵角θの変化する方向を判定し、舵角θがストロークエンドθend近傍となる場合であって、かつ、舵角θがストロークエンドθendに向かっている場合、つまり、舵角θが増加している場合にのみ、上述したように補正電圧Ｖ１に補正ゲインＫ１を乗算するようにし、舵角θがストロークエンドθendから遠ざかっている場合、つまり、舵角θが減少している場合には、補正電圧Ｖ１に補正ゲインＫ１を乗算しないようにしてもよい。これによれば、一層適切な電圧指令値Ｖ＊を設定することができ、操舵フィーリングをさらに向上させることができる。尚、舵角θの変化する方向については、例えば、回転角速度推定部８２により計算される回転角速度ωの符号（正負）と舵角θの符号（正負）とに基づいて判定すればよい。
【００９７】
＜第１実施形態の変形例２−２＞
電流サージの問題が生じるのは、強い操舵操作によりストッパ当たりが発生した場合である。弱いストッパ当たりの場合には、モータ回転角速度が小さく、補正電圧Ｖ１が小さな値に設定されるため、電圧補正による電流サージの問題は生じない。そこで、第１実施形態の変形例２−２においては、車庫入れ時のように、強いストッパ当たりの可能性がある低車速時において補正電圧Ｖ１を低くする。図８は、この変形例２−２にかかるマイコン６０の処理、特に、異常時モータ制御量演算部８０が電圧指令値Ｖ＊を演算する機能を表すブロック図である。
【００９８】
異常時モータ制御量演算部８０は、変形例２−１のゲイン設定部８５，ゲイン乗算部８６に代えて、ゲイン設定部８７，ゲイン乗算部８８を備えている。ゲイン設定部８７は、車速センサ３４の検出信号を入力し、車速ｖｘに基づいて、補正ゲインＫ２を設定する。
【００９９】
ゲイン設定部８７は、図９に示すような補正ゲインマップを記憶しており、この補正ゲインマップを参照して、車速ｖｘから補正ゲインＫ２を設定する。補正ゲインマップは、車速ｖｘが設定低速度ｖｘ１より大きな範囲において補正ゲインＫ２を「１」に設定し、車速が設定低速度ｖｘ１以下の範囲において、車速ｖｘが小さくなるにしたがって最小値Ｋ２minまで減少する補正ゲインＫ２を設定する特性を有している。設定低速度ｖｘ１は、強いストッパ当たりが発生する可能性のある車速の最大値を想定したもので、例えば、クリープ車速程度の速度に設定される。
【０１００】
これにより、車速ｖｘが設定低車速ｖｘ１以下となる場合（低車速域に入る場合）には、車速ｖｘが設定低車速ｖｘ１を超える場合（高車速域に入る場合）に比べて、小さな補正ゲインＫ２が設定される。ゲイン設定部８７は、設定した補正ゲインＫ２をゲイン乗算部８８に出力する。
【０１０１】
ゲイン乗算部８８は、補正電圧演算部８３により計算された補正電圧Ｖ１と、ゲイン設定部８７により計算された補正ゲインＫ２とを入力し、補正電圧Ｖ１に補正ゲインＫ２を乗算する。ゲイン乗算部８８は、この計算結果（Ｋ２・Ｖ１）を最終的な補正電圧として電圧値加算部８４に出力する。
【０１０２】
電圧値加算部８４は、基本電圧演算部８１で計算した基本電圧Ｖ０に、ゲイン乗算部８８で計算した補正電圧（Ｋ２・Ｖ１）を加算する。この加算結果（Ｖ０＋Ｋ２・Ｖ１）が、最終的な目標電圧、つまり、電圧指令値Ｖ＊となる。電圧値加算部８４は、計算した電圧指令値Ｖ＊を制御切替部６１に出力する。
【０１０３】
以上説明した第１実施形態の変形例２−２によれば、車速ｖｘが低車速となる場合に、補正電圧Ｖ１を低くするように調整する。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ印加電圧が低く抑えられる。従って、操舵アシストが弱められるため操舵速度が遅くなり、ストッパ当たり時におけるモータ回転の急変が抑制される。この結果、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができ、モータ駆動回路４０およびモータ２０を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、逆起電圧によるモータ印加電圧不足が補償されて十分な操舵アシストが得られる。
【０１０４】
＜第１実施形態の変形例３＞
回転角速度ωは回転角度θを微分することにより計算される。こうした微分計算する場合、計算値にノイズが含まれるため、一般に、計算値をローパスフィルタ処理する。ローパスフィルタは、時定数が短いほど（カットオフ周波数が高いほど）、応答性が良くなる。従って、ローパスフィルタの時定数を短くすることで、ストッパ当たりが発生したときの、回転角速度ωの急激な変化を遅れずに検出することができる。このため、ローパスフィルタの時定数を短くすれば、ストッパ当たりが生じたときに、瞬時に補正電圧Ｖ１を低くすることができ、電流サージの発生を低減することができる。しかし、ローパスフィルタの時定数が短い場合には、計算値に含まれるノイズが増加し、ノイズによるモータトルクが操舵ハンドル１１へ逆入力として現れてしまう。従って、操舵フィーリングに着目すれば、ローパスフィルタの時定数をあまり短くすることは好ましくない。
【０１０５】
そこで、第１実施形態の変形例３においては、ストッパ当たりが発生する可能性が有る状況か否かを判断し、ストッパ当たりが発生する可能性が有る状況においては、回転角速度ωを計算するときに使用するローパスフィルタの時定数を一時的に短くする。ストッパ当たりが発生する可能性については、舵角位置に基づいて判断することもできるし、車速に基づいて判断することもできる。そこで、２つの例について説明する。
【０１０６】
＜第１実施形態の変形例３−１＞
第１実施形態の変形例３−１においては、舵角位置がストロークエンド付近であるかどうかを判断し、舵角位置がストロークエンド付近である場合には、ストロークエンド付近でない場合に比べて、ローパスフィルタの時定数を短くする。図１０は、この変形例３−１にかかるマイコン６０の処理、特に、異常時モータ制御量演算部８０が電圧指令値Ｖ＊を演算する機能を表すブロック図である。
【０１０７】
異常時モータ制御量演算部８０は、第１実施形態の構成に加えて、ローパスフィルタ時定数設定部８９１を備えている。他の構成については、第１実施形態の構成と同一である。ローパスフィルタ時定数設定部８９１は、舵角センサ２２の出力する舵角θｈを入力する。この場合、変形例２−１で説明したように、角度センサ２１ｂにて舵角θを検出できるように構成すれば、角度センサ２１ｂの出力する回転角度θoutを舵角θの検出用信号として入力してもよい。
【０１０８】
ローパスフィルタ時定数設定部８９１は、図１１に示すような時定数マップを記憶しており、この時定数マップを参照して、舵角θから時定数τを設定する。時定数マップは、舵角θがゼロから設定角度θ１までの範囲において時定数τを基本値τ０に設定し、舵角θが設定角度θ１からストロークエンドθend近傍の設定角度θ２（＞θ１）までの範囲において、舵角θの増加にしたがって基本値τ０から減少する時定数τを設定し、舵角θが設定角度θ２より大きくなる範囲において、時定数τを最小値τminに設定する特性を有している。従って、舵角θがストロークエンドθend付近となる場合には、ストロークエンドθend付近とならない場合に比べて、短い時定数τが設定される。また、基本値τ０は、ノイズによるモータトルクが操舵ハンドル１１へ逆入力として現れないように予め設定された長めの時定数、つまり、操舵フィーリングが良好となるように設定された時定数である。ローパスフィルタ時定数設定部８９１は、設定した時定数τを回転角速度推定部８２に出力する。
【０１０９】
回転角速度推定部８２は、回転角度θ（舵角センサ２２の出力する舵角θｈ、あるいは、角度センサ２１ｂ等の他の回転角度センサの出力する回転角度θ）、および、ローパスフィルタ時定数設定部８９１の出力する時定数τを入力する。回転角速度推定部８２は、回転角度θを時間で微分し、その計算結果を、次式（２）の伝達関数Ｈ（ｓ）によって表されるローパスフィルタを用いて、高周波ノイズ成分を除去して回転角速度ωを計算する。
Ｈ（ｓ）＝Ｋｆ・（１／（１＋ｓτ））    ・・・（２）
ここで、τは、ローパスフィルタ時定数設定部８９１から入力してローパスフィルタの時定数である。また、ｓはラプラス演算子であり、Ｋｆは通過域のゲインである。カットオフ周波数ｆｃは、（１／２πτ）として表され、時定数τの逆数に比例する。
【０１１０】
以上説明した第１実施形態の変形例３−１によれば、舵角θがストロークエンドθend近傍となる場合に、ローパスフィルタの時定数τを短くするように調整する。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ２０の回転角速度ωを応答性良く推定することができるため、ストッパ当たりが発生した瞬間から補正電圧Ｖ１を低くすることができる。従って、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができる。この結果、モータ駆動回路４０およびモータ２０を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、ローパスフィルタの時定数τを長くするように調整するため、ノイズによる操舵ハンドル１１への逆入力が抑制され、良好な操舵フィーリングが得られる。
【０１１１】
尚、第１実施形態の変形例３−１において、更に、舵角θの変化する方向を判定し、舵角θがストロークエンドθend近傍となる場合であって、かつ、舵角θがストロークエンドθendに向かっている場合、つまり、舵角θが増加している場合にのみ、上述したように時定数τを短い値に調整し、舵角θがストロークエンドθendから遠ざかっている場合、つまり、舵角θが減少している場合には、時定数τを基本値τ０に維持するようにしてもよい。これによれば、一層適切な電圧指令値Ｖ＊を設定することができ、操舵フィーリングをさらに向上させることができる。
【０１１２】
＜第１実施形態の変形例３−２＞
第１実施形態の変形例３−２においては、車庫入れ時のように、強いストッパ当たりの可能性がある低車速時においてローパスフィルタの時定数τを短くする。図１２は、この変形例３−２にかかるマイコン６０の処理、特に、異常時モータ制御量演算部８０が電圧指令値Ｖ＊を演算する機能を表すブロック図である。
【０１１３】
異常時モータ制御量演算部８０は、第１実施形態の変形例３−１のローパスフィルタ時定数設定部８９１に代えてローパスフィルタ時定数設定部８９２を備えている。ローパスフィルタ時定数設定部８９２は、車速センサ３４の検出信号を入力し、車速ｖｘに基づいて、ローパスフィルタの時定数τを設定する。
【０１１４】
ローパスフィルタ時定数設定部８９２は、図１３に示すような時定数マップを記憶しており、この時定数マップを参照して、車速ｖｘから時定数τを設定する。時定数マップは、車速ｖｘが設定低速度ｖｘ１より大きな範囲において時定数τを基本値τ０（操舵フィーリングが良好となるように設定された時定数）に設定し、車速が設定低速度ｖｘ１以下の範囲において、車速ｖｘが小さくなるにしたがって最小値τminまで減少する時定数τを設定する特性を有している。設定低速度ｖｘ１は、強いストッパ当たりが発生する可能性のある車速の最大値を想定したもので、例えば、クリープ車速程度の速度に設定される。
【０１１５】
これにより、車速ｖｘが設定低車速ｖｘ１以下となる場合（低車速域に入る場合）には、車速ｖｘが設定低車速ｖｘ１を超える場合（高車速域に入る場合）に比べて、短い時定数τが設定される。ローパスフィルタ時定数設定部８９２は、設定した時定数τを回転角速度推定部８２に出力する。
【０１１６】
回転角速度推定部８２は、変形例３−１と同様にして、回転角度θを時間で微分し、その計算結果を、ローパスフィルタ処理して回転角速度ωを算出する。この場合、回転角速度推定部８２は、ローパスフィルタ時定数設定部８９２から入力した時定数τを上記式（２）に代入してローパスフィルタ処理を行う。回転角速度推定部８２は、計算した回転角速度ωを補正電圧演算部８３に出力する。
【０１１７】
以上説明した第１実施形態の変形例３−２によれば、車速ｖｘが低車速となる場合に、ローパスフィルタの時定数τを短くするように調整する。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ２０の回転角速度ωを応答性良く推定することができるため、ストッパ当たりが発生した瞬間から補正電圧Ｖ１を低くすることができる。従って、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができる。この結果、モータ駆動回路４０およびモータ２０を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、ローパスフィルタの時定数τを長くするように調整するため、ノイズによる操舵ハンドル１１への逆入力が抑制され、良好な操舵フィーリングが得られる。
【０１１８】
＜第２実施形態＞
次に、マイコン６０の制御処理に関する第２実施形態から説明する。図１４は、第２実施形態にかかるマイコン６０の機能ブロックを表している。マイコン６０は、第１実施形態の異常時モータ制御量演算部８０に代えて異常時モータ制御量演算部９０を備えている。マイコン６０の他の機能ブロックについては、第１実施形態と同様である。従って、第１実施形態と同じ構成については、図面に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１９】
異常時モータ制御量演算部９０は、電流センサ３１に異常が検出されているとき、つまり、電流センサ異常検出部９１から出力される異常判定信号Ｆfailが「１」であるとき、モータ２０の制御量を演算するブロックである。第１実施形態における異常時モータ制御量演算部８０は、推定逆起電圧に応じた補正電圧Ｖ１を基本電圧Ｖ０に加算することにより、操舵アシスト不足を解消したが、この第２実施形態においては、第１実施形態における基本電圧Ｖ０の上限制限を推定逆起電圧に応じて緩めることにより、操舵アシスト不足を解消する。
【０１２０】
異常時モータ制御量演算部９０は、目標トルク演算部７１と、目標電流演算部７２と、目標電圧演算部９２と、回転角速度推定部８２と、上限値設定部９３とを備えている。目標トルク演算部７１と目標電流演算部７２とは、正常時モータ制御量演算部７０と共通して設けられるものである。
【０１２１】
目標電圧演算部９２は、電圧指令値Ｖ＊を演算するブロックで、基本電圧演算部９２ａと電圧制限部９２ｂとを備えている。目標電圧演算部９２は、第１実施形態における基本電圧演算部８１に電圧上限値を可変する機能を設けたものである。基本電圧演算部９２ａは、目標電流演算部７２の出力する目標電流Ｉ＊を入力し、目標電流Ｉ＊に係数Ｋを乗じて、目標電流Ｉ＊に比例した電圧Ｖ０’（＝Ｋ・Ｉ＊）を計算する。この電圧Ｖ０’は、上限制限がかけられていない値であるため、以下、電圧Ｖ０’を制限前電圧Ｖ０’と呼ぶ。基本電圧演算部９２ａは、制限前電圧Ｖ０’を電圧制限部９２ｂに出力する。
【０１２２】
電圧制限部９２ｂは、基本電圧演算部９２ａにより計算された制限前電圧Ｖ０’と、上限値設定部９３により設定された電圧上限値Ｖlimとを入力し、電圧上限値Ｖlim以下となる目標電圧、つまり、電圧指令値Ｖ＊を演算する。この場合、電圧制限部９２ｂは、制限前電圧Ｖ０’と電圧上限値Ｖlimとを比較し、制限前電圧Ｖ０’が電圧上限値Ｖlim以下である場合には、制限前電圧Ｖ０’をそのまま電圧指令値Ｖ＊に設定し（Ｖ＊←Ｖ０’）、制限前電圧Ｖ０’が電圧上限値Ｖlimを超える場合には、電圧上限値Ｖlimを電圧指令値Ｖ＊に設定する（Ｖ＊←Ｖlim）。電圧制限部９２ｂは、計算した電圧指令値Ｖ＊を制御切替部６１に出力する。
【０１２３】
上限値設定部９３は、電圧指令値Ｖ＊の上限値である電圧上限値Ｖlimを設定するブロックである。上限値設定部９３は、回転角速度推定部８２から出力された回転角速度ωを入力し、回転角速度ωに基づいて、電圧上限値Ｖlimを設定する。この電圧上限値Ｖlimは、図１５に示すように、回転角速度ωの増加に伴って基本電圧上限値Ｖlim０から高くなるように設定される。この場合、回転角速度ωに対する電圧上限値Ｖlimの傾き（比例係数）を逆起電圧定数φに設定するとよい（Ｖlim＝Ｖlim０＋φ・ω）。
【０１２４】
この基本電圧上限値Ｖlim０は、第１実施形態における基本電圧演算部８１が基本電圧Ｖ０を計算するにあたって使用する電圧上限値Ｖlim０に相当する。上限値設定部９３は、設定した電圧上限値Ｖlimを電圧制限部９２ｂに出力する。従って、異常時モータ制御量演算部９０が電圧指令値Ｖ＊を計算する場合には、回転角速度ωが大きくなるほど電圧上限制限が緩められることになる。つまり、モータ２０の回転角速度ωに比例した逆起電圧に相当する分だけ電圧上限制限が緩められることになる。
【０１２５】
以上説明した第２実施形態の電動パワーステアリング装置によれば、電流センサ３１が故障した場合には、正常時モータ制御量演算部７０に代えて異常時モータ制御量演算部９０が、モータ制御量である電圧指令値Ｖ＊を計算する。この場合、フィードフォワード制御により操舵トルクｔｒに応じた制限前電圧Ｖ０’を計算するとともに、回転角速度ωが大きくなるほど高くなる電圧上限値Ｖlimを設定し、制限前電圧Ｖ０’を電圧上限値Ｖlimで上限制限した値を電圧指令値Ｖ＊に設定する。従って、回転角速度ωが大きくなるにしたがってモータ印加電圧の上限制限が緩められるため、逆起電圧による電圧低下を補償した電圧をモータ２０に印加することができる。この結果、追従性の良い操舵アシストトルクを発生させることができる。
【０１２６】
尚、回転角速度ωの計算にあたっては、第１実施形態と同様に、ステアリング機構１０に設けられた各種のセンサ（舵角に応じて検出値が変化するセンサ）を利用することができる。従って、電動パワーステアリング装置のシステム構成が複雑にならず、また、センサ追加によるコストアップを招かない。
【０１２７】
＜第２実施形態の変形例１：電圧制限特性＞
第２実施形態においては、モータ回転角速度ωに対する電圧上限値Ｖlimの傾き（比例係数）を逆起電圧定数φに設定して、逆起電圧に相当する電圧分だけ電圧上限値Ｖlimを増加させるようにしているが、必ずしも、そのようにする必要はない。つまり、電圧上限値Ｖlimは、逆起電圧によるモータ印加電圧不足を抑えることができるように設定されるものであればよい。従って、例えば、回転角速度ωに対する電圧上限値Ｖlimの比例係数を、逆起電圧定数φよりも小さな値にして、正常時（電流センサ３１の異常が検出されていない時）に比べて操舵アシストが少なくなるように差を持たせてもよい。これによれば、操舵フィーリングの違いにより運転者に異常を知らせることができる。
【０１２８】
また、図１６に示すように、モータ回転角速度ωに対する電圧上限値Ｖlimの特性に、不感帯Ｚを設けるようにしてもよい。この場合には、モータ回転角速度ωの推定値誤差の操舵アシストへの影響を低減することができる。
【０１２９】
＜第２実施形態の変形例２：エンド当たりによる電流サージ防止＞
第２実施形態の変形例２においても、第１実施形態の変形例２と同様に、ストッパ当たりにより発生する電流サージを低減する。第２実施形態の変形例２においては、ストッパ当たりが発生する可能性が有る状況か否かを判断し、ストッパ当たりが発生する可能性が有る状況においては、電圧上限値Ｖlimを低くする。ストッパ当たりが発生する可能性については、舵角位置に基づいて判断することもできるし、車速に基づいて判断することもできるため、２つの例について説明する。
【０１３０】
＜第２実施形態の変形例２−１＞
第２実施形態の変形例２−１においては、舵角位置がストロークエンド付近であるかどうかを判断し、舵角位置がストロークエンド付近である場合には、ストロークエンド付近でない場合に比べて電圧上限値Ｖlimを低くする。図１７は、この変形例２−１にかかるマイコン６０の処理、特に、異常時モータ制御量演算部９０が電圧指令値Ｖ＊を演算する機能を表すブロック図である。
【０１３１】
異常時モータ制御量演算部９０は、第１実施形態の構成に加えて、ゲイン設定部９４と、ゲイン乗算部９５とを備えている。ゲイン設定部９４は、舵角センサ２２、あるいは、回転角度センサ２１ｂ（あるいは２１ａ）の検出信号を入力し、舵角の大きさ（舵角θと表す）に基づいて、補正ゲインＫ３を設定する。
【０１３２】
ゲイン設定部９４は、図１８に示すような補正ゲインマップを記憶しており、この補正ゲインマップを参照して、舵角θから補正ゲインＫ３を設定する。補正ゲインマップは、舵角θがゼロから設定角度θ１までの範囲において補正ゲインＫ３を「１」に設定し、舵角θが設定角度θ１からストロークエンドθend近傍の設定角度θ２（＞θ１）までの範囲において、舵角θの増加にしたがって減少する補正ゲインＫ３を設定し、舵角θが設定角度θ２より大きくなる範囲において、補正ゲインＫ３を最小値Ｋ３minに設定する特性を有している。従って、舵角θがストロークエンドθend付近となる場合には、ストロークエンドθend付近とならない場合に比べて、小さな補正ゲインＫ３が設定される。ゲイン設定部９４は、設定した補正ゲインＫ３をゲイン乗算部９５に出力する。
【０１３３】
ゲイン乗算部９５は、上限値設定部９３により計算され電圧上限値Ｖlimと、ゲイン設定部９４により計算された補正ゲインＫ３とを入力し、電圧上限値Ｖlimに補正ゲインＫ３を乗算する。ゲイン乗算部９５は、この計算結果（Ｋ３・Ｖlim）を電圧制限部９２ｂに出力する。
【０１３４】
電圧制限部９２ｂは、ゲイン乗算部９５から出力された計算値（Ｋ３・Ｖlim）を使って、制限前電圧Ｖ０’を上限制限した値を電圧指令値Ｖ＊に設定して制御切替部６１に出力する。
【０１３５】
以上説明した第２実施形態の変形例２−１によれば、舵角θがストロークエンドθend近傍となる場合に、電圧上限値Ｖlimを低くするように調整する。つまり、モータ２０の印加電圧の上限制限を厳しくする。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ印加電圧が低く抑えられる。従って、操舵アシストが弱められるため操舵速度が遅くなり、ストッパ当たり時におけるモータ回転の急変が抑制される。この結果、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができ、モータ駆動回路４０およびモータ２０を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、モータ２０の印加電圧の制限が緩められて十分な操舵アシストが得られる。
【０１３６】
尚、この例では、ゲイン乗算部９５は、上限値設定部９３により計算された電圧上限値Ｖlimに対して、補正ゲインＫ３を乗算するように構成しているが、これに代えて、回転角速度ωに応じて電圧上限値Ｖlimが緩和された分、つまり、電圧上限値Ｖlimが基本電圧上限値Ｖlim０から増加した分（Ｖlim−Ｖlim０）に対して補正ゲインＫ３を乗算し、この乗算結果を基本電圧上限値Ｖlim０に加算した値（Ｖlim０＋Ｋ３・（Ｖlim−Ｖlim０））を最終的な電圧上限値に設定するようにしてもよい。従って、電圧制限部９２ｂは、この計算結果（Ｖlim０＋Ｋ３・（Ｖlim−Ｖlim０））を使って、制限前電圧Ｖ０’を上限制限する。
【０１３７】
これによれば、舵角θがストロークエンドθend近傍となる場合に、電圧制限を緩和する緩和量（Ｖlim−Ｖlim０）が小さくなるように調整される。従って、最終的な電圧上限値としては、基本電圧上限値Ｖlim０が確保されることになる。
【０１３８】
また、第２実施形態の変形例２−１において、更に、舵角θの変化する方向を判定し、舵角θがストロークエンドθend近傍となる場合であって、かつ、舵角θがストロークエンドθendに向かっている場合、つまり、舵角θが増加している場合にのみ、上述したように補正ゲインＫ３を乗算するようにし、舵角θがストロークエンドθendから遠ざかっている場合、つまり、舵角θが減少している場合には、補正ゲインＫ３を乗算しないようにしてもよい。これによれば、一層適切な電圧指令値Ｖ＊を設定することができ、操舵フィーリングをさらに向上させることができる。
【０１３９】
＜第２実施形態の変形例２−２＞
第２実施形態の変形例２−２においては、車庫入れ時のように、強いストッパ当たりの可能性がある低車速時において電圧上限値Ｖlimを低くする。図１９は、この変形例２−２にかかるマイコン６０の処理、特に、異常時モータ制御量演算部９０が電圧指令値Ｖ＊を演算する機能を表すブロック図である。
【０１４０】
異常時モータ制御量演算部９０は、変形例２−１のゲイン設定部９４，ゲイン乗算部９５に代えて、ゲイン設定部９６，ゲイン乗算部９７を備えている。ゲイン設定部９６は、車速センサ３４の検出信号を入力し、車速ｖｘに基づいて、補正ゲインＫ４を設定する。
【０１４１】
ゲイン設定部９６は、図２０に示すような補正ゲインマップを記憶しており、この補正ゲインマップを参照して、車速ｖｘから補正ゲインＫ４を設定する。補正ゲインマップは、車速ｖｘが設定低速度ｖｘ１より大きな範囲において補正ゲインＫ４を「１」に設定し、車速が設定低速度ｖｘ１以下の範囲において、車速ｖｘが小さくなるにしたがって最小値Ｋ４minまで減少する補正ゲインＫ４を設定する特性を有している。設定低速度ｖｘ１は、強いストッパ当たりが発生する可能性のある車速の最大値を想定したもので、例えば、クリープ車速程度の速度に設定される。
【０１４２】
これにより、車速ｖｘが設定低車速ｖｘ１以下となる場合（低車速域に入る場合）には、車速ｖｘが設定低車速ｖｘ１を超える場合（高車速域に入る場合）に比べて、小さな補正ゲインＫ４が設定される。ゲイン設定部９６は、設定した補正ゲインＫ４をゲイン乗算部９７に出力する。
【０１４３】
ゲイン乗算部９７は、上限値設定部９３により計算され電圧上限値Ｖlimと、ゲイン設定部９６により計算された補正ゲインＫ４とを入力し、電圧上限値Ｖlimに補正ゲインＫ４を乗算する。ゲイン乗算部９７は、この計算結果（Ｋ４・Ｖlim）を電圧制限部９２ｂに出力する。
【０１４４】
電圧制限部９２ｂは、ゲイン乗算部９７から出力された計算値（Ｋ４・Ｖlim）を使って、制限前電圧Ｖ０’を上限制限した値を電圧指令値Ｖ＊に設定して制御切替部６１に出力する。
【０１４５】
以上説明した第２実施形態の変形例２−２によれば、車速ｖｘが低車速となる場合に、電圧上限値Ｖlimを低くするように調整する。つまり、モータ２０の印加電圧の上限制限を厳しくする。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ印加電圧が低く抑えられる。従って、操舵アシストが弱められるため操舵速度が遅くなり、ストッパ当たり時におけるモータ回転の急変が抑制される。この結果、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができ、モータ駆動回路４０およびモータ２０を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、モータ２０の印加電圧の制限が緩められて十分な操舵アシストが得られる。
【０１４６】
また、この例では、ゲイン乗算部９７は、上限値設定部９３により計算された電圧上限値Ｖlimに対して、補正ゲインＫ４を乗算するように構成しているが、これに代えて、回転角速度ωに応じて電圧上限値Ｖlimが緩和された分、つまり、電圧上限値Ｖlimが基本電圧上限値Ｖlim０から増加した分（Ｖlim−Ｖlim０）に対して補正ゲインＫ４を乗算し、この乗算結果を基本電圧上限値Ｖlim０に加算した値（Ｖlim０＋Ｋ４・（Ｖlim−Ｖlim０））を最終的な電圧上限値に設定するようにしてもよい。従って、電圧制限部９２ｂは、この計算結果（Ｖlim０＋Ｋ４・（Ｖlim−Ｖlim０））を使って、制限前電圧Ｖ０’を上限制限する。
【０１４７】
これによれば、車速ｖｘが低車速となる場合に、電圧制限を緩和する緩和量（Ｖlim−Ｖlim０）が小さくなるように調整される。従って、最終的な電圧上限値としては、基本電圧上限値Ｖlim０が確保されることになる。
【０１４８】
＜第２実施形態の変形例３＞
第２実施形態の変形例３においても、第１実施形態の変形例３と同様に、ストッパ当たりにより発生する電流サージを低減する。第２実施形態の変形例３においては、ストッパ当たりが発生する可能性が有る状況か否かを判断し、ストッパ当たりが発生する可能性が有る状況においては、回転角速度ωを計算するときに使用するローパスフィルタの時定数を一時的に短くする。
【０１４９】
＜第２実施形態の変形例３−１＞
第２実施形態の変形例３−１においては、舵角位置がストロークエンド付近であるかどうかを判断し、舵角位置がストロークエンド付近である場合には、ストロークエンド付近でない場合に比べて、ローパスフィルタの時定数を短くする。図２１は、この変形例３−１にかかるマイコン６０の処理、特に、異常時モータ制御量演算部９０が電圧指令値Ｖ＊を演算する機能を表すブロック図である。
【０１５０】
異常時モータ制御量演算部９０は、第２実施形態の構成に加えて、ローパスフィルタ時定数設定部８９１を備えている。他の構成については、第２実施形態の構成と同一である。ローパスフィルタ時定数設定部８９１は、第１実施形態の変形例３−１のものと同様の構成であり、舵角センサ２２あるいは回転角度センサ２１ｂにて検出される舵角θを入力し、図１１に示すような時定数マップを参照して、時定数τを設定する。従って、舵角θがストロークエンドθend付近となる場合には、ストロークエンドθend付近とならない場合に比べて、短い時定数τが設定される。ローパスフィルタ時定数設定部８９１は、設定した時定数τを回転角速度推定部８２に出力する。
【０１５１】
回転角速度推定部８２は、回転角度θを時間で微分し、その計算結果を、ローパスフィルタ処理して回転角速度ωを算出する。この場合、回転角速度推定部８２は、ローパスフィルタ時定数設定部８９１から入力した時定数τを上記式（２）に代入してローパスフィルタ処理を行う。回転角速度推定部８２は、計算した回転角速度ωを上限値設定部９３に出力する。
【０１５２】
以上説明した第２実施形態の変形例３−１によれば、舵角θがストロークエンドθend近傍となる場合に、ローパスフィルタの時定数τを短くするように調整する。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ２０の回転角速度ωを応答性良く推定することができるため、ストッパ当たりが発生した瞬間から電圧上限値Ｖlimを低くすることができる。従って、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができる。この結果、モータ駆動回路４０およびモータ２０を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、ローパスフィルタの時定数τを長くするように調整するため、ノイズによる操舵ハンドル１１への逆入力が抑制され、良好な操舵フィーリングが得られる。
【０１５３】
尚、第２実施形態の変形例３−１において、更に、舵角θの変化する方向を判定し、舵角θがストロークエンドθend近傍となる場合であって、かつ、舵角θがストロークエンドθendに向かっている場合、つまり、舵角θが増加している場合にのみ、上述したように時定数τを短い値に調整し、舵角θがストロークエンドθendから遠ざかっている場合、つまり、舵角θが減少している場合には、時定数τを基本値τ０に維持するようにしてもよい。これによれば、一層適切な電圧指令値Ｖ＊を設定することができ、操舵フィーリングをさらに向上させることができる。
【０１５４】
＜第２実施形態の変形例３−２＞
第２実施形態の変形例３−２においては、車庫入れ時のように、強いストッパ当たりの可能性がある低車速時においてローパスフィルタの時定数τを短くする。図２２は、この変形例３−２にかかるマイコン６０の処理、特に、異常時モータ制御量演算部９０が電圧指令値Ｖ＊を演算する機能を表すブロック図である。
【０１５５】
異常時モータ制御量演算部９０は、第２実施形態の変形例３−１のローパスフィルタ時定数設定部８９１に代えてローパスフィルタ時定数設定部８９２を備えている。ローパスフィルタ時定数設定部８９２は、第１実施形態の変形例３−２のものと同様の構成であり、車速センサ３４により検出される車速ｖｘを入力し、図１３に示すような時定数マップを参照して、時定数τを設定する。従って、車速ｖｘが設定低車速ｖｘ１以下となる場合には、車速ｖｘが設定低車速ｖｘ１を超える場合に比べて、短い時定数τが設定される。ローパスフィルタ時定数設定部８９２は、設定した時定数τを回転角速度推定部８２に出力する。
【０１５６】
回転角速度推定部８２は、変形例３−１と同様にして、回転角度θを時間で微分し、その計算結果を、ローパスフィルタ処理して回転角速度ωを算出する。この場合、回転角速度推定部８２は、ローパスフィルタ時定数設定部８９２から入力した時定数τを上記式（２）に代入してローパスフィルタ処理を行う。回転角速度推定部８２は、計算した回転角速度ωを上限値設定部９３に出力する。
【０１５７】
以上説明した第２実施形態の変形例３−２によれば、車速ｖｘが低車速となる場合に、ローパスフィルタの時定数τを短くするように調整する。これにより、ストッパ当たりが発生する前に、モータ２０の回転角速度ωを応答性良く検出することができるため、ストッパ当たりが発生した瞬間から電圧上限値Ｖlimを低くすることができる。従って、ストッパ当たり時の電流サージを抑制することができる。この結果、モータ駆動回路４０およびモータ２０を過電流から保護することができる。また、ストッパ当たりが発生しない状況においては、ローパスフィルタの時定数τを長くするように調整するため、ノイズによる操舵ハンドル１１への逆入力が抑制され、良好な操舵フィーリングが得られる。
【０１５８】
以上、２つの実施形態と変形例にかかる電動パワーステアリング装置について説明したが、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【０１５９】
例えば、本実施形態では、正常時モータ制御量演算部７０は、電流センサ３１により検出されたモータ実電流Ｉｍと目標電流Ｉ＊とに基づく電流フィードバック制御を行うが、更に、この電流フィードバック制御に補償制御を加味したものであってもよい。例えば、目標電流演算部７２と電流フィードバック制御部７３との間にフィルタ処理部を設け、フィルタ処理部にて目標電流Ｉｍの位相を調整するようにしてもよい。また、電流フィードバック制御部７３と並列にフィードフォワード制御部を設け、フィードフォワード制御部で目標電流Ｉ＊に対するフィードフォワード電圧指令値成分Ｖｆｆを演算するとともに、電流フィードバック制御部７３でモータ実電流Ｉｍと目標電流Ｉ＊との偏差ΔＩに基づくフィードバック電圧指令値成分Ｖｆｂを演算し、フィードフォワード電圧指令値成分Ｖｆｆとフィードバック電圧指令値成分Ｖｆｂとを加算して最終的な電圧指令値Ｖ＊（＝Ｖｆｆ＋Ｖｆｂ）を求めるようにしてもよい。
【０１６０】
また、正常時モータ制御量演算部７０は、電流フィードバック制御を行わずに、フィードフォワード制御により電圧指令値Ｖ＊を演算する構成を採用することもできる。例えば、モータ２０に印加される電圧を検出し、このモータ実電圧とモータ実電流Ｉｍとから、オブザーバでモータ２０に発生する誘起電圧を推定する誘起電圧推定部を設ける。また、目標電流演算部７２の後段に、目標電流Ｉ＊をインダクタンス分の位相遅れ補償を行うフィルタ処理部を設ける。そして、位相補償した目標電流Ｉ＊から基本電圧を演算し、この基本電圧に推定誘起電圧を加算することにより電圧指令値Ｖ＊を演算する。この構成においては、誘起電圧をモータ実電圧とモータ実電流とで推定しているため、電流フィードバック制御をする必要がなく、フィードフォワードにて電圧指令値Ｖ＊を演算することができる。
【０１６１】
また、例えば、第１実施形態においては、その変形例である変形例１、変形例２−１，変形例２−２，変形例３−１，変形例３−２を任意に複数組み合わせて実施するようにしてもよい。例えば、第１実施形態において、舵角θがストロークエンドθendに近い場合と、車速ｖｘが低車速域に入る場合との両方において、補正電圧Ｖ１を低くするように調整する構成でもよい。また、舵角θがストロークエンドθendに近い場合と、車速ｖｘが低車速域に入る場合との両方において、回転角速度推定部８２のローパスフィルタの時定数τを短くするように調整する構成でもよい。また、補正電圧Ｖ１と時定数τとの両方を調整する構成でもよい。
【０１６２】
また、第２実施形態においても、その変形例である変形例１、変形例２−１，変形例２−２，変形例３−１，変形例３−２を任意に複数組み合わせて実施するようにしてもよい。例えば、第２実施形態において、舵角θがストロークエンドθendに近い場合と、車速ｖｘが低車速域に入る場合との両方において、電圧上限値Ｖlimを低くするように調整する構成でもよい。また、舵角θがストロークエンドθendに近い場合と、車速ｖｘが低車速域に入る場合との両方において、回転角速度推定部８２のローパスフィルタの時定数τを短くするように調整する構成でもよい。また、電圧上限値Ｖlimと時定数τとの両方を調整する構成でもよい。
【０１６３】
また、本実施形態では、モータ２０の発生するトルクをステアリングシャフト１２に付与するコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置について説明したが、モータの発生するトルクをラックバー１４に付与するラックアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。
【０１６４】
また、本実施形態では、ブラシ付モータ２０をＨブリッジ回路４０にて駆動する方式の電動パワーステアリング装置について説明したが、例えば、ブラシレスモータを３相インバータ回路にて駆動する方式の電動パワーステアリング装置であってもよい。
【符号の説明】
【０１６５】
１０…ステアリング機構、１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、２０…モータ、２１…操舵トルクセンサ、２１ａ…入力側角度センサ、２１ｂ…出力側角度センサ、２１ｃ…トーションバー、２２…舵角センサ、３０…スイッチ駆動回路、３１…電流センサ、３４…車速センサ、４０…モータ駆動回路、５０…電子制御回路、６０…マイクロコンピュータ、６１…制御切替部、６２…ＰＷＭ制御部、７０…正常時モータ制御量演算部、７１…目標トルク演算部、７２…目標電流演算部、７３…電流フィードバック制御部、８０…異常時モータ制御量演算部、８１…基本電圧演算部、８２…回転角速度推定部、８３…補正電圧演算部、８４…電圧値加算部、８５，８７…ゲイン設定部、８６，８８…ゲイン乗算部、８９１，８９２…ローパスフィルタ時定数設定部、９０…異常時モータ制御量演算部、９１…電流センサ異常検出部、９２…目標電圧演算部、９２ａ…基本電圧演算部、９２ｂ…電圧制限部、９３…上限値設定部、９４，９６…ゲイン設定部、９５，９７…ゲイン乗算部、１００…電子制御ユニット、Ｆfail…異常判定信号、Ｉ＊…目標電流、Ｉｍ…モータ実電流、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４…補正ゲイン、ｔ＊…目標アシストトルク、ｔｒ…操舵トルク、Ｖ＊…電圧指令値、Ｖ０…基本電圧、Ｖ０’…制限前電圧、Ｖ１…補正電圧、Ｖlim…電圧上限値、Ｖlim０…基本電圧上限値、ｖｘ…車速、θ…舵角、τ…時定数、φ…逆起電圧定数、ω…回転角速度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0005691789.tif 000015
【図１５】
0005691789.tif 000016
【図１６】
0005691789.tif 000017
【図１７】
0005691789.tif 000018
【図１８】
0005691789.tif 000019
【図１９】
0005691789.tif 000020
【図２０】
0005691789.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
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